- ลักษณะเฉพาะ
- กระบวนการติดเชื้อ
- การพัฒนาและประเภทของก้อน
- การสร้าง Bacteroide
- แรงดึงดูดระหว่างไรโซเบียและราก
- เลฮีโมโกลบิน
- อนุกรมวิธาน
- สัณฐานวิทยา
- ที่อยู่อาศัย
- ประโยชน์และการใช้งาน
- อ้างอิง
ไรโซเบียมเป็นแบคทีเรียสกุลหนึ่งที่มีความสามารถในการตรึงไนโตรเจนจากบรรยากาศ โดยทั่วไปแบคทีเรียที่มีความสามารถในการตรึงไนโตรเจนเรียกว่าไรโซเบีย ความสัมพันธ์ระหว่างพืชและจุลินทรีย์เหล่านี้ได้รับการศึกษาอย่างกว้างขวาง
โปรคาริโอตเหล่านี้อาศัยอยู่ในความสัมพันธ์ทางชีวภาพกับพืชต่าง ๆ : พืชตระกูลถั่วเช่นถั่วอัลฟัลฟ่าถั่วเลนทิลถั่วเหลืองเป็นต้น
ที่มา: โดย Stdout ผ่าน Wikimedia Commons
พวกมันเกี่ยวข้องกับรากของมันโดยเฉพาะและให้ไนโตรเจนแก่พืชที่พวกเขาต้องการ ในส่วนของพืชนั้นมีที่หลบภัยของแบคทีเรีย ความสัมพันธ์ทางชีวภาพที่ใกล้ชิดนี้ทำให้เกิดการหลั่งของโมเลกุลที่เรียกว่า leghemoglobin symbiosis นี้ก่อให้เกิด N 2ในสัดส่วนที่สำคัญในชีวมณฑล
ในความสัมพันธ์นี้แบคทีเรียทำให้เกิดการก่อตัวของก้อนในรากซึ่งแตกต่างจากสิ่งที่เรียกว่า "bacteroides"
การศึกษาส่วนใหญ่ที่ดำเนินการในแบคทีเรียสกุลนี้ได้คำนึงถึงสถานะทางชีวภาพและความสัมพันธ์กับพืชเท่านั้น ด้วยเหตุนี้จึงมีข้อมูลเพียงเล็กน้อยที่เกี่ยวข้องกับวิถีชีวิตส่วนบุคคลของแบคทีเรียและหน้าที่ของมันในฐานะส่วนประกอบของไมโครไบโอมในดิน
ลักษณะเฉพาะ
แบคทีเรียในสกุลไรโซเบียมเป็นที่รู้จักกันดีในเรื่องความสามารถในการตรึงไนโตรเจนและสร้างความสัมพันธ์ทางชีวภาพกับพืช ในความเป็นจริงถือเป็นความสัมพันธ์ที่น่าทึ่งที่สุดอย่างหนึ่งที่มีอยู่ในธรรมชาติ
มีความแตกต่างกันซึ่งบ่งชี้ว่าต้องได้รับแหล่งพลังงานจากอินทรียวัตถุ ไรโซเบียมเติบโตได้ตามปกติภายใต้สภาวะแอโรบิคและก้อนกลมก่อตัวที่อุณหภูมิ 25-30 ° C และ pH ที่เหมาะสมคือ 6 หรือ 7
อย่างไรก็ตามกระบวนการตรึงไนโตรเจนต้องการออกซิเจนที่มีความเข้มข้นต่ำเพื่อป้องกันไนโตรเจนเนส (เอนไซม์ที่เร่งปฏิกิริยาในกระบวนการ)
เพื่อจัดการกับออกซิเจนในปริมาณสูงมีโปรตีนที่คล้ายกับฮีโมโกลบินซึ่งมีหน้าที่ในการกักเก็บออกซิเจนที่อาจเข้าไปแทรกแซงในกระบวนการนี้
ความสัมพันธ์ทางชีวภาพที่โปรคาริโอตเหล่านี้สร้างขึ้นกับพืชตระกูลถั่วมีผลกระทบต่อระบบนิเวศและเศรษฐกิจสูงซึ่งเป็นเหตุผลว่าทำไมจึงมีวรรณกรรมมากมายเกี่ยวกับความสัมพันธ์ที่เฉพาะเจาะจงนี้
กระบวนการติดเชื้อไม่ใช่เรื่องง่าย แต่เกี่ยวข้องกับขั้นตอนที่แบคทีเรียและพืชมีอิทธิพลต่อกิจกรรมการแบ่งเซลล์การแสดงออกของยีนการทำงานของเมตาบอลิซึมและการแปรสัณฐานวิทยา
กระบวนการติดเชื้อ
แบคทีเรียเหล่านี้เป็นแบบจำลองทางชีววิทยาที่ดีเยี่ยมในการทำความเข้าใจปฏิสัมพันธ์ที่เกิดขึ้นระหว่างจุลินทรีย์และพืช
Rhizobia พบในดินซึ่งพวกมันตั้งรกรากรากและเข้าสู่พืช โดยทั่วไปการล่าอาณานิคมจะเริ่มขึ้นในขนรากแม้ว่าการติดเชื้อจะเกิดขึ้นได้จากไลออนส์เล็ก ๆ ในหนังกำพร้า
เมื่อแบคทีเรียสามารถเจาะเข้าไปภายในพืชได้มักจะอยู่ในช่องว่างภายในเซลล์ของพืชเป็นเวลาหนึ่ง เมื่อก้อนพัฒนาขึ้นไรโซเบียจะเข้าสู่ไซโตพลาสซึมของโครงสร้างเหล่านี้
การพัฒนาและประเภทของก้อน
การพัฒนาของก้อนกลมเกี่ยวข้องกับเหตุการณ์ซิงโครนัสในสิ่งมีชีวิตทั้งสอง Nodules ถูกจัดประเภทเป็นปัจจัยกำหนดและไม่แน่นอน
เดิมมาจากการแบ่งเซลล์ในเยื่อหุ้มสมองชั้นในและมีเนื้อเยื่อปลายยอดที่คงอยู่ มีลักษณะเป็นรูปทรงกระบอกและสองพื้นที่ที่แตกต่างกัน
ในทางกลับกันก้อนที่กำหนดเป็นผลมาจากการแบ่งเซลล์ในส่วนตรงกลางหรือด้านนอกของเยื่อหุ้มสมองราก ในกรณีเหล่านี้ไม่มีเนื้อเยื่อถาวรและรูปร่างของมันจะเป็นทรงกลมมากกว่า ก้อนที่โตเต็มที่สามารถพัฒนาได้โดยการเติบโตของเซลล์
การสร้าง Bacteroide
ในปมที่แตกต่างเข้า Bacteroides เกิดขึ้น: N ไม่2-การแก้ไขรูปแบบ Bacteroides พร้อมกับเยื่อหุ้มพืชก่อให้เกิด symbiosome
ในสารประกอบเชิงซ้อนของจุลินทรีย์เหล่านี้พืชมีหน้าที่ให้คาร์บอนและพลังงานในขณะที่แบคทีเรียผลิตแอมโมเนีย
เมื่อเปรียบเทียบกับแบคทีเรียที่มีชีวิตอิสระแล้วแบคทีเรียจะได้รับการเปลี่ยนแปลงหลายอย่างในการถอดเสียงในโครงสร้างเซลล์ทั้งหมดและในกิจกรรมการเผาผลาญ การเปลี่ยนแปลงทั้งหมดนี้เกิดขึ้นเพื่อปรับให้เข้ากับสภาพแวดล้อมภายในเซลล์โดยมีวัตถุประสงค์เดียวคือการตรึงไนโตรเจน
พืชสามารถนำสารประกอบไนโตรเจนที่หลั่งออกมาจากแบคทีเรียและใช้ในการสังเคราะห์โมเลกุลที่จำเป็นเช่นกรดอะมิโน
ไรโซเบียมส่วนใหญ่ค่อนข้างเลือกได้ในจำนวนโฮสต์ที่สามารถแพร่เชื้อได้ บางชนิดมีโฮสต์เพียงตัวเดียว ในทางตรงกันข้ามแบคทีเรียจำนวนน้อยมีลักษณะสำส่อนและมีโฮสต์ที่มีศักยภาพในวงกว้าง
แรงดึงดูดระหว่างไรโซเบียและราก
แรงดึงดูดระหว่างแบคทีเรียและรากของพืชตระกูลถั่วเป็นสื่อกลางโดยสารเคมีซึ่งหลั่งออกมาจากราก เมื่อแบคทีเรียและรากอยู่ใกล้กันเหตุการณ์ต่างๆจะเกิดขึ้นในระดับโมเลกุล
ฟลาโวนอยด์รากทำให้เกิดยีนโหนดในแบคทีเรีย สิ่งนี้นำไปสู่การผลิตโอลิโกแซ็กคาไรด์ที่เรียกว่า LCO หรือโนดแฟกเตอร์ LCOs จับกับตัวรับที่เกิดขึ้นจากลวดลายไลซีนในขนรากจึงทำให้เกิดเหตุการณ์การส่งสัญญาณ
ยังมียีนอื่น ๆ นอกเหนือจาก nod ที่เกี่ยวข้องกับกระบวนการ symbiosis เช่น exo, nif และ fix
เลฮีโมโกลบิน
Leghemoglobin เป็นโมเลกุลของโปรตีนซึ่งเป็นเรื่องปกติของความสัมพันธ์ทางชีวภาพระหว่างไรโซเบียและพืชตระกูลถั่ว ตามชื่อเรียกมันค่อนข้างคล้ายกับโปรตีนที่รู้จักกันดี: เฮโมโกลบิน
เช่นเดียวกับอะนาล็อกของเลือด leghemoglobin มีความแตกต่างในการมีความสัมพันธ์กับออกซิเจนสูง เนื่องจากกระบวนการจับที่เกิดขึ้นในก้อนกลมได้รับผลกระทบในทางลบจากออกซิเจนที่มีความเข้มข้นสูงโปรตีนจึงมีหน้าที่กักเก็บไว้เพื่อให้ระบบทำงานได้อย่างถูกต้อง
อนุกรมวิธาน
ไรโซเบียมประมาณ 30 ชนิดเป็นที่รู้จักกันดีคือ Rhizobium cellulosilyticum และ Rhizobium leguminosarum สิ่งเหล่านี้อยู่ในวงศ์ Rhizobiaceae ซึ่งเป็นที่อยู่ของสกุลอื่น ๆ เช่น Agrobacterium, Allorhizobium, Pararhizobium, Neorhizobium, Shinella และ Sinorhizobium
ลำดับคือ Rhizobiales คลาสคือ Alphaproteobacteria, Phylum Proteobacteria และอาณาจักร Bacteria
สัณฐานวิทยา
Rhizobia เป็นแบคทีเรียที่เลือกติดเชื้อที่รากของพืชตระกูลถั่ว มีลักษณะเป็นแกรมลบมีความสามารถในการเคลื่อนไหวและรูปร่างของมันทำให้นึกถึงไม้เท้า ขนาดของมันอยู่ระหว่าง 0.5 ถึง 0.9 ไมโครมิเตอร์และความยาว 1.2 และ 3.0 ไมโครมิเตอร์
มันแตกต่างจากแบคทีเรียอื่น ๆ ที่อาศัยอยู่ในดินโดยนำเสนอสองรูปแบบ: สัณฐานวิทยาอิสระที่พบในดินและรูปแบบทางชีวภาพภายในพืชของมัน
นอกเหนือจากสัณฐานวิทยาของอาณานิคมและการย้อมสีกรัมแล้วยังมีวิธีการอื่นที่สามารถระบุแบคทีเรียในสกุล Rhizobium ได้ซึ่งรวมถึงการทดสอบการใช้สารอาหารเช่น catalase, oxidase, และการใช้คาร์บอนและไนโตรเจน
ในทำนองเดียวกันมีการใช้การทดสอบระดับโมเลกุลเพื่อระบุตัวตนเช่นการใช้เครื่องหมายโมเลกุล
ที่อยู่อาศัย
โดยทั่วไปแล้วไรโซเบียที่อยู่ในวงศ์ Rhizobiaceae จะแสดงลักษณะเฉพาะของการเกี่ยวข้องกับพืชในตระกูล Fabaceae เป็นหลัก
ตระกูล Fabaceae ประกอบด้วยพืชตระกูลถั่วเช่นธัญพืชถั่วเลนทิลอัลฟัลฟ่าเพียงแค่พูดถึงไม่กี่ชนิดที่รู้จักกันในด้านคุณค่าทางอาหาร ครอบครัวนี้เป็นของ Angiosperms ซึ่งเป็นตระกูลที่มีจำนวนมากเป็นอันดับสาม มีการกระจายพันธุ์อย่างกว้างขวางในโลกตั้งแต่เขตร้อนไปจนถึงบริเวณอาร์กติก
พืชที่ไม่ใช่พืชตระกูลถั่วมีเพียงชนิดเดียวเท่านั้นที่สามารถสร้างความสัมพันธ์ทางชีวภาพกับ Rhizobium: Parasponea ซึ่งเป็นพืชสกุลในตระกูล Cannabaceae
นอกจากนี้จำนวนความสัมพันธ์ที่สามารถสร้างขึ้นระหว่างจุลินทรีย์และพืชขึ้นอยู่กับหลายปัจจัย บางครั้งความสัมพันธ์ถูก จำกัด โดยธรรมชาติและชนิดของแบคทีเรียในขณะที่ในกรณีอื่น ๆ ขึ้นอยู่กับพืช
ในทางกลับกันแบคทีเรียเป็นส่วนหนึ่งของพืชตามธรรมชาติของดินในรูปแบบอิสระจนกระทั่งเกิดกระบวนการปม โปรดทราบว่าแม้ว่าพืชตระกูลถั่วและไรโซเบียจะมีอยู่ในดิน แต่ก็ไม่มั่นใจว่าจะมีการก่อตัวของก้อนกลมเนื่องจากสายพันธุ์และชนิดของสมาชิกของ symbiosis ต้องเข้ากันได้
ประโยชน์และการใช้งาน
การตรึงไนโตรเจนเป็นกระบวนการทางชีววิทยาที่สำคัญ มันเกี่ยวข้องกับการดูดซึมของไนโตรเจนในบรรยากาศในรูปแบบของ N 2และมันก็จะลดลงไป NH 4 + ดังนั้นไนโตรเจนจึงสามารถเข้าสู่และนำไปใช้ในระบบนิเวศได้ กระบวนการนี้มีความสำคัญอย่างยิ่งในสภาพแวดล้อมประเภทต่างๆไม่ว่าจะเป็นบนบกน้ำจืดทะเลหรืออาร์กติก
ไนโตรเจนดูเหมือนจะเป็นองค์ประกอบที่ จำกัด การเจริญเติบโตของพืชและทำหน้าที่เป็นองค์ประกอบ จำกัด ในกรณีส่วนใหญ่
จากมุมมองทางการค้าสามารถใช้ไรโซเบียเป็นสารเพิ่มประสิทธิภาพในการเกษตรได้เนื่องจากความสามารถในการตรึงไนโตรเจน ด้วยเหตุนี้จึงมีการค้าที่เกี่ยวข้องกับกระบวนการฉีดวัคซีนของแบคทีเรียเหล่านี้
การฉีดวัคซีนไรโซเบียมมีผลดีอย่างมากต่อการเจริญเติบโตของพืชน้ำหนักและจำนวนเมล็ดที่ผลิตได้ ประโยชน์เหล่านี้ได้รับการพิสูจน์ทดลองโดยการศึกษาหลายสิบชิ้นกับพืชตระกูลถั่ว
อ้างอิง
- Allen, EK และ Allen, ON (1950) คุณสมบัติทางชีวเคมีและทางชีวภาพของไรโซเบีย บทวิจารณ์ทางแบคทีเรีย, 14 (4), 273.
- Jiao, YS, Liu, YH, Yan, H. , Wang, ET, Tian, CF, Chen, WX, … & Chen, WF (2015) ความหลากหลายของ Rhizobial และลักษณะการโหนกของพืชตระกูลถั่วที่สำส่อนมาก Sophora flavescens ปฏิสัมพันธ์ระหว่างโมเลกุลของพืชกับจุลินทรีย์, 28 (12), 1338-1352.
- จอร์แดนดีซี (2505) bacteroids ของสกุล Rhizobium บทวิจารณ์ทางแบคทีเรีย, 26 (2 Pt 1-2), 119.
- Leung, K. , Wanjage, FN, & Bottomley, PJ (1994). ลักษณะทางชีวภาพของ Rhizobium leguminosarum bv. trifolii แยกซึ่งเป็นตัวแทนของโครโมโซมที่ครอบครองโครโมโซมที่สำคัญและรองลงมาของ subclover ที่ปลูกในสนาม (Trifolium subterraneum L. ) จุลชีววิทยาประยุกต์และสิ่งแวดล้อม, 60 (2), 427-433.
- Poole, P. , Ramachandran, V. , & Terpolilli, J. (2018). Rhizobia: จาก saprophytes จนถึง endosymbionts Nature Reviews จุลชีววิทยา, 16 (5), 291.
- Somasegaran, P. , & Hoben, HJ (2012). คู่มือสำหรับไรโซเบีย: วิธีการในเทคโนโลยีพืชตระกูลถั่ว - ไรโซเบียม Springer Science & Business Media
- Wang, Q. , Liu, J. , & Zhu, H. (2018). กลไกทางพันธุกรรมและโมเลกุลที่อยู่ภายใต้ความจำเพาะทางชีวภาพในปฏิสัมพันธ์ของพืชตระกูลถั่ว - ไรโซเบียม พรมแดนด้านพืชศาสตร์, 9, 313.